MICROGRAVIDADE E O DESENVOLVIMENTO DE

Em um estudo sobre a morfologia celular relacionada às microgravidade simulada por meio da técnica da elevação magnética de células em comparação com o RPM (Random Positioning Machine), em que uma câmara de cultura foi construída, contendo uma lamela com células cercadas por meio de cultura, com uma entrada que permitia lavagem e fixação do fluído, para realizar assim experimentos com campos de alto gradiente magnético (Figura 17). Observou- se que a linhagem de células epidermóides humanas A431 quando cultivadas em esferas cytodex-3 ou quando cultivadas em um ímã supercondutor durante 2 dias, promoveram alterações na morfologia da célula, principalmente na organização do citoesqueleto, como por exemplo na proteína F-actina. Estas modificações resultaram num arredondamento da célula, e foi observado também alterações na proteína Phospho-FAK397, ligada adesão celular, a qual teve sua adesão celular reduzida (MAARTEN et al., 2010). Tanto a rotação aleatória como a elevação magnética induziram essas alterações morfológicas similares do citoesqueleto nos filamentos de actina das células A431, tornando essas células arredondadas. Com isso, a exposição de células a condições de microgravidade real ou simulada fornece informações tanto sobre a sensibilidade como a capacidade de resposta de células a forças mecânicas (MAARTEN et al., 2010).

FIGURA 17- Câmara de cultura aberta usada para experiências no imã. Nesta foto podemos observar a câmara aonde a cultura de células é colocada. Fonte:MAARTEN et al., 2010.

Além disso, certas pesquisas também permitem uma nova visão sobre a pluripotência de células-tronco e padrões de morfogênese tecidual em condições

áreas como a engenharia de tecidos (Tabela 3), muito importante como terapia em casos de degeneração como de lesões ósseas (SVEJGAARD et al., 2015).

Células cultivadas em microgravidade

Células de câncer de mama MDA-MB231 e MCF-7 Células do câncer de tireoide foliculares RO82-W-1 Células endoteliais EA.hy926

Condrócitos humanos primários

Células pré-osteoblásticas mesenquimais humanas

TABELA 3 – Exemplo de células cultivadas com sucesso em ambiente de microgravidade para engenharia de tecidos.

Assim, diferentes pesquisas vêm observando que as células dos tecidos mudam sua morfologia e organização intracelular em condição de microgravidade, de uma forma bidimensional (2D - de um crescimento em monocamada) a uma forma com crescimento tridimensional (3D - com uma construção semelhante a tecido). Os dados sobre os mecanismos de crescimento 3D em células humanas são importantes para o avanço dos processos de engenharia de tecidos, pois uma das abordagens da mesma é o recrutamento de células do próprio paciente, que são dissociadas dos tecidos originais e cultivadas sobre arcabouços biológicos ou sintéticos, os denominados de scaffolds (arcabouços, suportes, estruturas ou matrizes tridimensionais), os quais servem como superfície de adesão e suporte para o crescimento celular, para então serem reinseridos no paciente. Para isto, é necessário então a capacidade da célula crescer nesse biomaterial 3D, formando então o novo tecido (NASCIMENTO et al., 2016).

Várias células já foram expostas a microgravidade, seja a real ou a simulada. Como é o caso dos osteoblastos fetais humanos (hFOB 1.19) expostos ao RPM. O trabalho demostrou com sucesso a capacidade do modelo RPM simulado de microgravidade para formar construções em 3D (crescimento celular em arcabouços impressos por impressoras 3D) e apoiar a osteogênese humana in vitro. Com esses resultados, estes pesquisadores concluíram que os scaffolds utilizados para as células hFOB 1.19 apresentaram com um potencial biomaterial para as aplicações de engenharia de tecido ósseo humano (SVEJGAARD et al., 2015). Esses dados mostram

como a microgravidade real e simuladas são importantes para a medicina regenerativa translacional, podendo usa-las para proporcionar a construção de tecidos de maneira facilitada (Tabela 4).

Tecidos crescentes de células especializadas em microgravidade Esferóides tumorais multicelulares de câncer de mama

Esferóides tumorais multicelulares de câncer de tireoide Vasos sanguíneos artificiais

Cartilagem regenerada Tecido ósseo

TABELA 4- Exemplos de tecidos capazes de serem gerados devido o cultivo de células em microgravidade.

Dentro da área de oncologia, os experimentos em microgravidade vêm sendo uma interessante ferramenta para explorar novos alvos para a terapia do câncer. Pois que estudos anteriores mostraram que as proteínas do citoesqueleto de diferentes tipos de células são afetadas pela microgravidade, com alteração na expressão. Tais pesquisas têm permitido ampliar o leque terapêutico, se demostrado a capacidade de inibir a proliferação e a migração das células tumorais (DENG et al., 2019). KIM (2017) observou que a proliferação de células tumorais do linfoma de Hodgkin humano (L-540 e HDLM- 2) diminuiu significativamente sob condição de microgravidade (taSMG), com g

<10−3 g, enquanto que a proliferação de células normais HDF não foi alterada. Análises de Western blot com β-actina em células ML-1 (células tumorais da

tireóide) revelaram uma diminuição de expressão após 7 dias no aparelho de clinostato. Acontece que a β-actina é uma proteína do citoesqueleto que confere uma estabilidade a célula, assim a diminuição de sua expressão pode causar impacto na polaridade celular, adesão, migração e respondem a sinais extracelulares, efeitos positivos no caso de células tumorais (SVEJGAARD et al., 2015).

Os estudos utilizando microrganismos têm demonstrado um aumento na virulência de bactérias e fungos no ambiente espacial (ILYIN et al., 2005). Experimentos com as cepas de Enterobacter bugandensis isoladas na ISS têm mostrado que em comparação com cepas clínicas isoladas de pacientes, as submetidas a condição de microgravidade real tiveram um aumento da patogenicidade (SINGH et al., 2018). Foi também observado um aumento na competência de bactérias em receber um material genético, com isso aumentando os mecanismos para resistência a antibióticos. Nesses experimentos foi identificado um total de 112 genes alterados nas cepas crescidas em microgravidade na ISS. Estes genes foram associados com a virulência, patogenicidade e defesa da bactéria. Assim como, genes associados à resistência a antibióticos e compostos tóxicos. Também foram observados com estes trabalhos que os genes associados com a resistência múltipla a antibióticos (MAR) também apresentaram modificados, com o aumento da expressão dos mesmos, assim como foram encontradas múltiplas cópias dos genes associados a resistência a múltiplas drogas (MDR) homólogos a Salmonela marcescens. Estes resultados têm um grande impacto no futuro quando se pensa em missões espaciais, pois essas bactérias podem apresentar um risco patológico a saúde dos astronautas (SINGH et al., 2018).

Além disso, diversas pesquisas têm mostrado que as taxas de mutação de um gene bacteriano clonado transferido para uma levedura foi de duas a três vezes mais altas após 40 dias a bordo na estação Mir quando comparado com o controle que permaneceu na Terra (TAYLOR et al., 2015). Também foram realizadas investigações durante voos orbitais curtos (voos em que a espaçonave atravessa a atmosfera e permanece em uma órbita), as quais sugerem que uma variedade de bactérias exibe atividade metabólica aumentada no espaço, com alterações na cinética de crescimento, aumento da biomassa, e aumento da produção de metabólitos secundários. A melhor compreensão de alguns desses processos biológicos (como virulência microbiana e comportamento de formas planctônicas vs. biofilme de bactérias, relação vírus- hospedeiro) podem ter implicações tanto para a saúde do astronauta, devido o aumento da patogenicidade desses microrganismo em paralelo a supressão do sistema imune dos tripulantes, como também para melhorar a vida aqui na Terra,

pois o comportamento celular bacteriano na microgravidade poderia ser explorado para a produção de compostos farmacêuticos e vacinas devido ao aumento da produção de metabólicos secundários desses organismos, os quais muitos são matéria prima de fármacos como os antibióticos (HUANG et al., 2018).

Em relação à pesquisa com vírus, GADNER et al. (2016) relatam em seu estudo que o vírus hepatotrópicos da hepatite E (HEV), cuja a propagação in vitro é difícil, só pode ser estudados nos últimos anos com o auxílio do biorreator Rotating Wall Vessel-Derived (RWV) projetado pela a NASA para simular a condição de microgravidade. O HEV é um membro da família Hepeviridae e provoca uma doença hepática aguda em humanos. Os modelos de cultura de células humanas para HEV incluem PLC/PRF/5, que são células de hepatocarcinoma cultivadas em cultura de células em monocamada convencional, as quais não fornecem um suporte para a replicação viral, fato que torna quase inviável o isolamento do vírus nas condições terrestres. Quando as células PLC/PRF/5 foram cultivadas no biorreator RWV, estas formaram agregados, capazes então de suportar a replicação viral. Os agregados 3D se tornam totalmente diferenciados após o período de cultura de 28 dias, sendo viáveis em cultura por mais de cinco meses. O RNA do vírus HEV foi então detectado em sobrenadantes de culturas crescidas em condições de microgravidade simulada pelo equipamento RWV até 175 dias. Em contraste com as células PLC/PRF/5 que cresceram em culturas convencionais de células formando apenas monocamada, não foi detectado o RNA do HEV nos sobrenadantes. As análises por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiram observar que os sobrenadantes dessa cultura em RWV apresentou vibriões infecciosos. Estes resultados mostraram que a utilização do biorreator RWV, um simulador da condição de microgravidade foi efetivo para permitir os estudos das interações vírus-hospedeiro que influenciam a taxa de infecção do vírus HEV (GADNER et al., 2016).

Assim, diversos experimentos vêm sendo desenvolvidos nessa área atualmente, como o estudo de produção de antibióticos por meio dos metabólitos secundários produzidos pelo o fungo parasitário Humicola fuscoatra. Foi observado uma maior produção dos antibióticos quando o fungo foi cultivado a bordo da Missão do Ônibus Espacial STS-77 (LAM et al., 1998). Da mesma

plicatus durante o voo no Shuttle STS-80 foi aumentada em comparação às culturas crescidas na condição da Terra (LAM et al., 2002).

Um outro aspecto que vem sendo abordado nas pesquisas com a microgravidade é a produção de biofilmes. Estes podem ser considerados como comunidades de bactérias envoltas por substâncias da matriz extracelular, principalmente polissacarídeos. Estes são produzidos pelas próprias bactéria, conferindo assim uma proteção para a comunidade bacteriana. Esta proteção está associada a diversos tipos de agressões que a comunidade possa vir a sofrer, por exemplo, a falta de nutrientes, o uso de um antibiótico ou algum agente químico utilizado para combater bactérias.

Alguns estudos com a Pseudomonas aeruginosa PAO-1 demostraram que os biofilmes foram formados mais prontamente quando cultivados na instalação Biorack a bordo das missões Shuttle STS-8158 e STS-95.59 do que quando comparado com os experimentos no ambiente terrestre (KIM et al., 2013). Além disso, foi observado que durante as missões posteriores STS-132 e STS-135, os biofilmes da P. aeruginosa apresentaram uma estrutura já madura, envolto por diversas substâncias e rodeados por poros e canais de água que provavelmente possa funcionar como um sistema de troca de nutrientes, oxigênio e metabólitos que precisam ser secretados para fora do biofilme. Essas estruturas não foram observadas nos experimentos controles que ficaram na condição da Terra. Esses experimentos são exemplos de que, o voo espacial (a microgravidade e outras forças) afeta não apenas a fisiologia das bactérias, mas também o seu comportamento ao nível da comunidade (TAYLOR et al., 2015).

6.Considerações Finais

Assim, com os próximos passos da humanidade se aproximando, como a futura viagem de dois anos a Marte, há muito a fazer em relação à pesquisa nas próximas duas décadas. No futuro, os processos de seleção de astronautas para voos interplanetários deveram ser ainda mais complicados e competitivos, mas colocando o universo no horizonte prospectivo da busca científica, novos conhecimentos sobre o efeito do espaço podem impulsionar a biomedicina, biotecnologia e medicina moderna em diferentes aspectos. Com isso, os pesquisadores estão investigando uma infinidade de perguntas que incluem

desde o papel da gravidade e microgravidade em diferentes organismos. Com a apresentação de alguns resultados neste trabalho, foi observado que alguns experimentos obtiveram resultados únicos e que em condições de gravidade 1g não seria possível. Um destes exemplos foi o caso das investigações sobre a replicação de certos vírus em cultura celular.

Assim, este ambiente de microgravidade (real ou simulada) têm permitido analisar a importância da gravidade na farmacodinâmica de medicamentos, engenharia de tecidos, na morfologia das células e tecidos, na expressão gênica, entre outros processos. Desta forma, a compreensão de certos mecanismos é um passo importante para a elaboração de terapias, fármacos, dentre outras coisas e é exatamente isso que os estudos com microgravidade têm nos permitido obter resultados.

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